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聊聊小米的“冰封散热背夹”
热度 10| |||
因为疫情的原因，春节后大家多被困在家里一段时间。但是在这期间小米同学没闲着，雷布斯线上发布了冲击高端市场的旗舰手机小米10，虽然我不算小米的粉丝，即使某些高管天天微博搞营销口嗨烦到爆，但是一直对面相憨厚的技术人雷布斯颇有好感。今天聊聊发布会上的一个小产品，这名字取得好——冰封散热背夹。
这个美女的颜值不错！
产品价格129，不算便宜，但对手机真的发烧来说应该还比较实用。抛开产品宣传中利用信息不对称的一些夸大其词，例如和电脑散热器对比。我要讲的是这个其实很常见的散热产品的核心原理——半导体制冷技术TEC。那真的是一点也不高大上，一点也不黑科技。
核心就是图中的制冷晶片，这是利用一个神奇的效应，根据电流方向决定散热还是制冷，因为效率问题常用于各种小功率温控场合，如激光器、探测器和各类便携设备制冷等。甚至可以做个小冰箱。这个散热夹明显不用温控，只是单向制冷而已，功率也不会很大。下面挖挖该技术原理与应用：
一、基本原理
赛贝克效应与珀尔贴效应：
赛贝克效应是指同一回路中的两种金属分别处于不同温度时，会在回路中产生电流。
珀尔贴效应是指同一回路中的两种金属连接通电后，两个金属节点之间出现温差。
显然，这二者互为逆向效应。热电偶测温原理即源于此。
碲化铋是目前TEC制冷器中应用最多的半导体材料，在实际应用中的结构为多个PN热电偶对组合排列。
二、驱动设计
TEC的控制使用比较简单，给电源就行，当然，一般还是需要温度检测回路的。
如果直接供电工作电压，TEC会以最大功率工作，不同的功率会达到不同的温差效果。而且和安装及外部散热关系甚大。可以实现零下数十度的低温环境。
现在有不少成熟的IC控制器可以直接选用，如MAX的MAX8520，采用的是外部PID控制。
国产SLM的IC采用的是更加集成化的设计。
三、应用设计
TEC制冷器在现在的电子设备中应用非常广泛，尤其是在小功率的精密温度控制场合中。主要原因有几点：
1、静态制冷。只需要通电即可，没有任何移动或流动物质。
2、体积小。对比于机械式制冷方式而言，体积优势非常大。
3、可升温可降温。单一器件实现两种功能，传统制冷方式无法比拟。
4、控制精度高。通过热敏电阻形成反馈控制，精度可以达到很高。
5、可靠性好。整体结构为固态基，运行时亦无干扰，运行寿命很长。
TEC的应用设计中最常见重要的一点是散热设计，直接决定工作效果和使用寿命。一般散热方式有几种：
1、 自然对流。利用空间散热，最重要的就是通风，并避免散热干扰。
2、 强制对流。利用风扇等，充分考虑气流方向，尽可能增大散热面。
3、 液冷。最高效散热，需要复杂结构和空间，特殊场合才会考虑。
安装方式是决定可靠性的重要一点，常见安装有几种：
1、螺钉夹紧固定。用螺钉将TEC和结构体挤压一起，需要保证接触面的平整度，有时需要导热硅脂，并且严格注意压力强度。
2、树脂胶黏结。这种方式使用简单，直接黏结固化。但是考虑不同物质的热膨胀系数差异，一般厂家不推荐在较大的TEC上使用，而且在真空中使用时也得注意避免漏气。
3、焊接。直接将TEC焊接到结构上，最重要的是避免TEC过热，有的厂家会推荐这种方式，直接利用TEC的加热功能将自身焊接到结构上。同样因为膨胀系数的原因，尺寸较大的应用中不建议使用。
TEC的实际结构：
四、技术小结
根据经验，TEC的应用设计要点是在安装和使用上。如安装方式不当造成应力损坏，安装不到位导致的散热问题造成失效，使用环境的湿度太大，环境温度过高等等。我们的产品中经常使用TEC，但是依然经常被各种偶然失效问题搞得摸不着头脑，应用环境差异大，安装生产过程管控难，解决这种问题恐怕只有多试验验证了。
在驱动设计中最好采取电压和电流保护措施避免电应力损坏，TEC不算值钱，但是和它温控相关的精密设备实在伤不起。因此在TEC的应用中应该多注意，最好咨询对应厂家确定可靠的设计和应用工艺流程，目前供应厂家主要有大和热磁、马洛、菲尔德等。
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